本发明涉及二维材料场效应晶体管，尤其涉及一种基于二维钒原子掺杂硫化钨材料的场效应晶体管的生物传感器。
背景技术：
1、场效应晶体管(fet)技术是一种在仪器、机械、传感等领域都得到广泛应用的技术。其同样是被应用于生物科学、疾病诊断、环境监测等生物传感领域的技术，具有实时性、操作简单、无标记检测等优点。场效应晶体管生物传感器的超灵敏性和特异性检测对早期疾病诊断、药物发现与测试等领域有重要意义。然而传统的三维沟道材料的场效应晶体管在生物传感领域仍面临许多挑战，比如生物分子固定在材料表面只能影响到材料表面局部区域的载流子迁移率，由此导致的信号转换率低、检测灵敏度不够高的缺点。
2、二维材料具有高比表面积、高载流子迁移率等特点，在生物传感器领域得到了广泛关注与应用。许多场效应晶体管生物传感器会把生物探针(比如抗体、单链dna等)通过修饰处理用中间物固定或者直接固定等方法置于材料表面，目标生物分子会与生物探针产生特异性结合。无论是蛋白质还是核酸等生物分子都带电，固定在沟道材料表面的目标生物分子由于静电效应或散射效应将影响二维材料的载流子迁移率，进一步改变沟道材料的电导，源漏电流因而产生变化。因此，基于二维材料的场效应晶体管在生物传感领域具有很大的应用潜力。
3、目前已经有许多二维材料应用到对应不同的生物分子的检测传感中，例如各种石墨烯、过渡金属硫族化合物(比如mos2、ws2、wse2等)、黑磷、iv-v族化合物(比如gep)。同时，金属原子掺杂不仅可以提高载流子迁移率，还会改善金属电极与沟道材料接触。二维钒原子掺杂硫化钨具有较大的比表面积、优异的稳定性，同时还与单链dna之间具有范德瓦尔斯力，不需要任何修饰处理就可以固定生物探针在材料表面。另外，掺杂也会改变能带结构，提高材料的载流子迁移率，改善金属与半导体接触。因此，单层钒原子掺杂硫化钨是一种优秀的场效应晶体管沟道材料，可以实现对带电生物分子的高灵敏度检测。
4、然而，现在的生物传感器存在性能不稳定、检测浓度范围不够大等缺点。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本发明提供了一种基于二维钒原子掺杂硫化钨材料的场效应晶体管的生物传感器，以此实现对microrna的高灵敏检测。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、一方面，本发明提供一种基于二维钒原子掺杂硫化钨材料的场效应晶体管的生物传感器的制备方法，所述场效应晶体管为底栅极结构场效应晶体管；所述场效应晶体管包括sio2/si基底、设置于所述sio2/si基底上的钒原子掺杂硫化钨层和设置于所述钒原子掺杂硫化钨层上的源极和漏极；所述钒原子掺杂硫化钨层作为场效应晶体管的导电沟道；所述sio2/si基底中，sio2作为绝缘层，si同时作为衬底和栅极；
4、所述制备方法包括以下步骤：
5、(1)利用化学气相沉积法在sio2/si基底上制备钒原子掺杂硫化钨层，其中，所述化学气相沉积法以v2o5为钒源，以s粉为硫源，以wo3为钨源；
6、(2)在所述钒原子掺杂硫化钨层上旋涂光刻胶，曝光显影后沉积金属形成源极和漏极；去除光刻胶和多余的金属；
7、(3)旋涂光刻胶，曝光显影后暴露出源极、漏极和栅极中的对电极接线区域以及单层钒原子掺杂硫化钨层形成导电沟道。
8、作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述s粉、wo3和v2o5的质量比为0.75～1.0g：1.7～2.0g：0.3～0.6mg；
9、优选地，所述化学气相沉积法中，单层钒原子掺杂硫化钨层的生长温度为890～920℃。
10、作为优选地实施方式，步骤(2)中，所述沉积金属选自沉积in和au中的至少一种，进一步优选为依次沉积in和au；
11、优选地，所述沉积为电子束蒸发沉积；
12、优选地，所述电子束蒸发沉积的蒸发速率为
13、在某些具体的实施方式中，步骤(2)中，所述光刻胶可以为光刻胶az1500；
14、优选地，所述旋涂为以300～500rpm的速率旋涂10～20s，再以3500～4500rpm的速率旋涂60～90s；
15、优选地，还包括旋涂后90～120℃烘烤50～80s的操作。
16、在某些具体的实施方式中，步骤(2)中，所述曝光的剂量为260～290mj/cm2；
17、优选地，所述显影的时间为50～70s。
18、作为优选地实施方式，步骤(3)中，所述光刻胶为耐湿法刻蚀的光刻胶；在本发明的技术方案中，旋涂光刻胶以保护步骤(2)中形成的电极图案；
19、优选地，所述光刻胶可以为光刻胶az1500；
20、优选地，所述旋涂为以300～500rpm的速率旋涂10～20s，再以3500～4500rpm的速率旋涂60～90s；
21、优选地，还包括旋涂后90～120℃烘烤50～80s的操作。
22、在某些具体的实施方式中，步骤(3)中，所述曝光的剂量为260～290mj/cm2；
23、优选地，所述显影的时间为50～70s。
24、又一方面，本发明提供上述制备方法得到的基于二维钒原子掺杂硫化钨材料的场效应晶体管的生物传感器。
25、又一方面，本发明提供上述基于二维钒原子掺杂硫化钨材料的场效应晶体管的生物传感器在检测microrna中的应用。
26、优选地，所述检测microrna为将探针dna溶液滴至所述场效应晶体管生物传感器的导电沟道上，静置15～30min后将待测microrna样品溶液滴至所述导电沟道上进行测试。
27、作为优选地实施方式，所述待测microrna样品溶液的浓度为10-10～10-15m。
28、在本发明的技术方案中，所述探针dna溶液滴至导电沟道上静置后，探针dna分子会通过范德瓦尔斯力固定在导电沟道表面。
29、与现有的技术相比，本发明的优势在于：
30、1、本发明采用了单层钒原子掺杂硫化钨层作为源极、漏极之间的导电沟道材料，该材料与dna单链之间具有范德瓦尔斯力，即固定探针dna时不需要任何修饰行为，同时钒原子的掺杂会改变材料的能带结构，提高沟道材料的载流子迁移率。microrna分子与材料表面固定的探针结合会引起沟道材料的载流子迁移率变化，改变沟道材料的电导，引起源漏电流的变化，从而实现对microrna的高灵敏度检测。
31、2、本发明利用耐湿法刻蚀的光刻胶作保护层在液体中隔绝电极；其中，场效应晶体管用的是底栅，相比于顶栅，无论是对于液体中的生物分子检测的影响还是电路集成都更具有优势。
32、3、本发明对生物探针的固定并没有利用中间物，处理简捷迅速；生物传感器检测限低、灵敏度高、检测操作难度低，可以做到免标记无损伤检测。
1.一种基于二维钒原子掺杂硫化钨材料的场效应晶体管的生物传感器的制备方法，其特征在于，所述场效应晶体管为底栅极结构场效应晶体管；所述场效应晶体管包括sio2/si基底、设置于所述sio2/si基底上的钒原子掺杂硫化钨层和设置于所述钒原子掺杂硫化钨层上的源极和漏极；所述钒原子掺杂硫化钨层作为场效应晶体管的导电沟道；所述sio2/si基底中，sio2作为绝缘层，si同时作为衬底和栅极；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述s粉、wo3和v2o5的质量比为0.75～1.0g：1.7～2.0g：0.3～0.6mg；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述沉积金属选自沉积in和au中的至少一种，进一步优选为依次沉积in和au；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述旋涂为以300～500rpm的速率旋涂10～20s，再以3500～4500rpm的速率旋涂60～90s；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述曝光的剂量为260～290mj/cm2；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述光刻胶为耐湿法刻蚀的光刻胶；
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述曝光的剂量为260～290mj/cm2；
8.权利要求1-7任一所述的制备方法得到的基于二维钒原子掺杂硫化钨材料的场效应晶体管的生物传感器。
9.权利要求8所述的基于二维钒原子掺杂硫化钨材料的场效应晶体管的生物传感器在检测microrna中的应用；
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述待测microrna样品溶液的浓度为10-10～10-15m。
